Scopri come funziona una cella fotovoltaica

Le celle fotovoltaiche sono gli elementi fondamentali dei pannelli solari fotovoltaici, che combinano più celle in un modulo per aumentare la capacità di generazione di energia.  

Si tratta di dispositivi in grado di convertire la luce solare in energia elettrica utilizzando il cosiddetto "effetto fotovoltaico". Questo effetto si verifica quando la luce solare colpisce il materiale semiconduttore all'interno della cella fotovoltaica, generando un flusso di elettroni che produce una differenza di potenziale e quindi una corrente elettrica. 

L'energia elettrica prodotta dalle celle fotovoltaiche può essere utilizzata per alimentare apparecchi elettrici, sistemi di illuminazione, può essere immagazzinata in batterie (accumulo fotovoltaico) o integrata nella rete elettrica per un utilizzo su larga scala.

Una cella fotovoltaica è composta da diversi strati di materiali che svolgono ruoli specifici nel processo di conversione dell'energia solare in elettricità.  
Vediamo i componenti principali. 

• Strato di silicio: il materiale di base utilizzato nella maggior parte delle celle fotovoltaiche è il silicio. Questo strato assorbe i fotoni della luce solare e li utilizza per creare una corrente elettrica. Il silicio può essere di diversi tipi: monocristallino, policristallino o amorfo. 
• Strato P-N: la maggior parte delle celle fotovoltaiche utilizza una giunzione P-N, che è creata combinando due tipi di silicio con diversi livelli di conduzione elettrica. Nella regione P la carica è positiva, mentre nella regione N la carica è negativa. Quando la luce solare colpisce questa giunzione, gli elettroni vengono eccitati e si muovono attraverso il materiale, creando una differenza di potenziale che genera una corrente. 
• Strati di contatto: sono strati sottili di metallo posizionati su entrambi i lati della cella fotovoltaica per consentire il passaggio della corrente elettrica generata. Questi strati sono solitamente realizzati in metalli come l'alluminio o l'argento. 
• Strato antiriflesso: questo strato, spesso realizzato in materiali come il biossido di titanio o l'ossido di zinco, è progettato per ridurre le perdite di luce riflessa sulla superficie della cella fotovoltaica, consentendo una maggiore assorbimento della luce solare. 
• Contatti busbar e nastri di interconnessione: sono conduttori metallici che raccolgono la corrente generata da più celle fotovoltaiche all'interno di un pannello solare e la trasmettono ai terminali di uscita. 

Oggi esistono diverse tipologie di celle fotovoltaiche utilizzate nella produzione di energia solare. Vediamo un elenco delle principali tipologie. 

• Celle al silicio monocristallino: sono composte da singoli cristalli di silicio purificato, risultano altamente efficienti e offrono un'elevata resa energetica, ma sono anche più costose da produrre rispetto ad altre tecnologie. 
• Celle al silicio policristallino: composte da blocchi di silicio fusi insieme, sono meno costose da produrre rispetto alle celle monocristalline, ma offrono un'efficienza leggermente inferiore. 
• Celle a film sottile: includono celle realizzate con materiali come il silicio amorfo, il tellururo di cadmio (CdTe), il seleniuro di rame-indio-gallio (CIGS) e altri materiali. Sono più leggere e flessibili rispetto alle celle di silicio, ma tendono ad avere un'efficienza inferiore e una vita utile più breve. 
• Celle ibride: combinano diverse tecnologie per sfruttare i vantaggi di ciascuna. Ad esempio, possono combinare celle a film sottile con celle al silicio per migliorare l'efficienza complessiva. 
• Celle organiche: sono composte da materiali organici, come polimeri conduttori o molecole organiche. Sono flessibili e leggere, ma attualmente hanno un'efficienza relativamente bassa e una vita utile limitata. 
• Celle di terza generazione: sono ancora in fase di sviluppo e comprendono una varietà di nuove tecnologie, come celle solari a punto quantico, celle solari organiche avanzate, celle solari in grado di utilizzare l'infrarosso e altre tipologie. 

Ogni tipo di cella presenta i propri vantaggi e svantaggi in termini di costo, efficienza, durata e versatilità, e la scelta dipende dalle esigenze specifiche dell'applicazione e dalle condizioni ambientali in cui verranno utilizzate.

Le celle fotovoltaiche sono dispositivi che trasformano la luce solare in energia elettrica utilizzando il principio dell'effetto fotovoltaico.  

Come abbiamo visto, ogni cella fotovoltaica è composta principalmente da due strati di materiale semiconduttore, di solito silicio, trattati in modo da creare una differenza di carica elettrica tra di essi. Quando la luce solare colpisce la cella fotovoltaica, i fotoni (particelle di luce) interagiscono con gli atomi del materiale semiconduttore, fornendo l'energia sufficiente per liberare gli elettroni legati agli atomi. Questi elettroni liberati creano una differenza di potenziale tra gli strati semiconduttori della cella, creando un flusso di corrente elettrica che viene indirizzato attraverso un circuito elettrico esterno. Questa energia elettrica, prodotta dalla cella fotovoltaica, potrà essere utilizzata per alimentare apparecchi elettrici o essere immagazzinata in batterie di accumulo per uso futuro.  

La quantità di energia elettrica prodotta da una cella fotovoltaica dipende da diversi fattori, tra cui l'intensità e la durata della luce solare incidente, l'efficienza della cella stessa e la superficie esposta alla luce solare.  

Le celle fotovoltaiche possono essere collegate insieme in moduli fotovoltaici o pannelli solari per aumentare la quantità totale di energia elettrica prodotta.